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初中物理 凸透镜成像原理 重在理解拒绝死背

时间:2020-01-05 07:37:25

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初中物理 凸透镜成像原理 重在理解拒绝死背

凸透镜成像规律较多,大部分学生完全靠死记硬背来对付考试。事实上,理解其原理的话,根本无需死记硬背。理科每一个知识点,在完全理解的基础上,自然就记住了,而且运用起来更加灵活自如。

凸透镜是人们制造的一种仪器,它的主要特点是可以将平行光汇聚于一点,可参见前文《初中物理 透镜为什么能聚光或者散光》。反之亦然,即,放在焦点处的点光源,经凸透镜折射后变为平行光,这称为光路可逆原理。凸透镜可成实像,也能成虚像,可参见前文《初中物理 实像和虚像》。

在学习凸透镜成像规律时,我们掌握好"2个分界点,3个分段长",其规律自然显现,如下所述:

一、2个分界点:

指物体距离凸透镜恰好在1倍焦距和2倍焦距处。

1、物体位于1倍焦距处,如下图:

物体上任意一点均为一个点光源,其发出的光经过凸透镜后变成平行光,因此不能成像。这一原理可用于制造平行光手电筒。

2、物体位于2倍焦距处,如下图:

我们需要探寻的是像A"B"的位置和大小,这本质上是一道数学题:已知AB、OO"、A"B"均⊥ AA",BO"∥AA",且AO=2FO,求证△ABO≌△A"B"O。

易知BO"=2 FO,故FO是△BB"O的中位线,可知FO"=FB", 故△FOO"≌△FA"B",故FO=FA",即AO=A"O,全等易证。

可见,此时物与像关于O点成中心对称,所以像是倒立等大等距的。此性质可用于测量凸透镜焦距。

二、3个分段长:

指物体所在位置被2个分界点分割为3段。

1、当物体位于2倍焦距之外时,如下图:

这本质上仍然是一个数学问题,根据相似三角形对应边成比例,有BO":OF>2,故BB":OB">2,即BO>OB",AB>A"B",这表明像比物小。因ABO"O是矩形,故OO">A"B",即OF>FA",这表明像位于1倍焦距外2倍焦距内,且为倒立。此性质可用于制造照相机。

2、当物体位于1倍焦距之外2倍焦距之内时,根据光路可逆原理,将上图中的像物位置互换,即可得到结论:像位于2倍焦距外,倒立放大。此性质可用于制造投影机。

3、当物体位于1倍焦距内时,如下图:

易知此时成正立放大的虚像。此性质可用于制造放大镜。

事实上,凸透镜成像规律可以总结为1个公式:物距的倒数与像距的倒数之和等于焦距的倒数,即1/u+1/v=1/f。初中阶段不要求掌握此公式,故不再赘述,有兴趣的话可以自行专研,初中阶段的几何知识足够推导出此公式了。

掌握好"2个分界点,3个分段长",凸透镜成像规律不必死背,同时还锻炼了自己的几何能力,何乐不为呢?

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